离子源技术
离子源的功能和分类
离子源的功能和原理3、离子辅助镀膜的薄膜特性：1、镀层与工件表面同时存在物理气相沉积及化学反应，故镀层结合力高。
2、膜层均匀致密、韧性好；3、光谱特性稳定，温漂小4、吸水性减少5、折射率升高6、粗糙度降低7、激光阈值降低8、膜层发雾，光散射增加4、离子源参数、性能比较离子源简介－考夫曼离子源阴极钨丝加热发射热电子；电子与气体原子或分子碰撞；气体电离在放电室形成等离子体；多孔栅极产生加速电场；离子被加速电场引出、加速、获得能量；中和钨丝产生电子；磁场对电子运动进行约束，增加离化率；中和电子对引出离子中和形成等离子体。
考夫曼离子源工作原理（Kaufman Ion Source）离子源简介－考夫曼离子源优点：栅极加速能量大离子可聚束能量调节范围宽结构较为简单缺点：×离子源结构仍复杂×馈入氧、氮等反应气体阴极中毒×更换阴极灯丝困难×不属主流，较少采用离子源简介－射频离子源射频离子源工作原理射频放电将气体电离在放电室形成等离子体多孔栅极产生加速电场；中和钨丝产生电子；离子被加速电场引出、加速、获得能量；中和电子对引出离子中和形成等离子体。
离子源简介－射频离子源特点优点：栅极加速能量大离子可聚束能量调节范围宽适用反应气体离子束辅助主流缺点：×结构复杂，稳定性差×价格昂贵×栅极需经常维护×辐照均匀区较小离子源简介－霍耳离子源阴极钨丝发射热电子向阳极迁移电子与气体原子碰撞使其离化磁场中电子形成霍耳电流产生电场离子被霍耳电场加速引出、加速阴极热电子对引出离子中和形成等离子体。
霍耳离子源工作原理（Hall Ion Source）离子源简介－霍耳离子源特点优点：PowerIon-C-10A 典型参数离子束流：5 A离子能量：20-50 eV无栅极、结构简单、维护简单适用反应气体离子束辅助主流产品离子束流大易于控制等离子体中性以低能大束流工作缺点：×能量较低、调节范围较小×存在较小污染离子源简介－Veeco 霍耳离子源技术指标离子源简介－PowerIon 系列霍耳离子源技术指标离子源简介－霍耳离子源空心阴极型霍耳离子源空心阴极替代灯丝发射热电子有效降低离子源污染离子源简介－APS源工作原理工作原理与霍耳离子源类似La6B阴极发射热电子向阳极迁移(3)电子与原子碰撞使其离化磁场中电子形成霍耳电流产生电场(2)离子被霍耳电流产生电场加速引出、加速离子源简介－APS源特点优点：APS源典型参数离子束流：0.5 mA/cm2离子能量：20-200eV无栅极离子束流大以低能大束流工作以其为核心开发多种机型离子束辅助主流产品缺点：×能量较低、调节范围较小×不适用反应气体×等离子体中性？×使用成本高×存在污染射频rf离子源工作原理：射频放电将气体电离在放电室形成等离子体多孔栅极产生加速电场离子被加速电场引出、加速、获得能量中和钨丝产生电子中和电子对引出离子中和形成等离子体优点：栅极加速能量大离子可聚束能量调节范围宽适用反应气体离子束辅助效果明显缺点结构复杂价格昂贵栅极需经常维护辐照均匀区较小5、离子源价格：适合1m1镀膜机辅助镀膜的离子源价格考夫曼离子源16cm 8万霍尔离子源H10（16cm）5万-6万RF离子源160万。
解析成像离子源主要技术指标
解析成像离子源主要技术指标
成像离子源是一种常用于原子力显微镜（AFM）或扫描电子显微镜（SEM）中的离子源。
其主要技术指标包括以下几个方面：
1. 获取成像离子的能量范围：成像离子源需要能够提供一定能量范围内的离子束，以适应不同的实验需求。
常见的能量范围包括几十电子伏特到几千电子伏特。
2. 光栅势能调节范围：成像离子源通常采用电场或磁场控制离子束发射，光栅势能调节范围用于控制离子束的出射方向和角度。
3. 发射电流稳定性：离子源需要能够稳定地产生一定的离子束，发射电流稳定性是评价其性能好坏的重要指标之一。
4. 单一离子的发射能力：有些实验需要单一的离子发射，离子源的能力能够决定是否满足实验需求。
5. 发射位置和角度稳定性：成像离子源需要具有稳定的发射位置和角度，以确保离子束能够准确地被聚焦和成像。
6. 寿命和可维护性：离子源寿命的长短以及维护性的好坏会直接影响设备的可靠性和使用寿命。
这些技术指标可以根据具体的成像离子源型号和设计要求进行选择和评估。
离子源工作原理
离子源工作原理
离子源是一种用于产生离子束的装置。
它的工作原理基于电离技术，通过电离原子或分子，将其转化为带正电荷的离子，并以束流形式输出。
离子源一般由以下几个主要部分组成：
1. 电离室：包含电离源和电离区域，用于电离原子或分子。
常用的电离技术包括电子轰击电离、化学离子化、光电离等。
2. 加速区域：用于加速已被电离的离子，使其达到所需的能量。
3. 准直系统：对离子束进行准直和聚焦，以保证束流的稳定性、一致性和空间分辨率。
4. 检测系统：用于检测和分析离子束的性质和特性，例如质量和能量分析器。
离子源的工作原理如下：
1. 电离：通过电离室中的电离技术，将原子或分子中的电子移除，使其转化为带正电荷的离子。
这些离子可以是单原子离子，也可以是多原子离子。
2. 加速：已经被电离的离子进入加速区域，受到加速电场的作用，获得一定的动能。
加速会使离子束的速度和能量增加。
3. 准直和聚焦：离子束经过准直系统，通过调节准直器、聚焦器等光学元件，使离子束的方向、形状和聚焦程度达到要求。
这样可以确保离子束可以精确地聚焦到需要的目标区域上。
4. 检测和分析：离子束通过检测系统，例如质量分析器，可以对离子束的质量、能量、强度等进行检测和分析。
这些参数可以用于确定离子束的性质和特性，以及对样品进行分析和表征。
离子源的工作原理可以根据不同的电离技术、离子源结构和应用领域的需求而有所差异。
离子源在科学研究、材料表征、医学影像等领域具有广泛的应用。
离子源的应用
离子源的应用粒子源是产生带电粒子束的装置。
它为加速器提供带电粒子束，是加速器的关键部件之一。
粒子源与加速器两者是相辅相成的，加速器的发展对粒子源不断提出新的要求，而粒子源技术的每个重大突破和发展又促进了加速器的发展与革新。
近几十年来，随着加速器的不断发展和改进，人们对粒子源有了更为广泛的了解和应用，其中离子源就是最为典型的例子。
七十年代以来，离子源广泛用于离子注入、离子刻蚀等工业生产领域中。
其应用大致分为三类。
一、离子束分析是离子源的一个主要应用。
离子束分析总的来说是以离子束作为工具，通过它与物质相互作用来判断物质中元素组成及结构的一门学科。
具体来说是利用具有一定能量的离子（如：质子、alpha离子及其它重离子）束去轰击样品，使样品中的元素发生电离、激发、发射和核反应以及自身的散射等过程，通过测量这些过程中所产生的射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和含量的一门学科。
它的优点是灵敏度高、分析时间短、不破坏样品、分析范围广和取样量少等优点，因此特别适用于痕量元素的分析。
1、离子束分析技术在材料科学中的应用，是最主要的应用领域。
离子束分析的各种手段，如：背散射分析(RBS)，核反应分析(NRA)，弹性反冲分析(ERDA)，粒子激发x射线发射分析(PIXE)，离子束激发电流(IBIC)，离子束激发光(IBIL)分析和沟道分析等，在这一领域都得到应用。
为了提高ERDA对粒子的分辨能力，许多实验室将ERDA与其他实验技术结合起来，例如与飞行时粒子的分辨能力、飞行时间相结台，与&E-E望远镜技术相结合，与磁谱仪和位置灵敏探测器相结合等。
日本京都大学的分析靶室在前角区有一个磁谱仪用于ERDA分析，在后角区还有一个磁谱仪用于RBS分析，使ERDA和RBS对核素的分析能力大为提高。
瑞典H．J．Whitlow介绍了可以生产厚度小于1 m的AE探测器，AE—E望远镜系统的低能阈值已大为降低，加拿大J．A Davies报道了用非常重的入射粒子，如Au或用二维位置灵敏AE-E系统结合弹性反冲探测分析，几乎可以同时分析质量数从1到150的元素。
软电离的离子源
软电离的离子源
软电离的离子源是一种将分子或原子离子化的技术，常用于质谱仪中的离子源。
软电离的离子源通常包括电子轰击离子源（EI）、化学电离离子源（CI）、电喷雾离子源（ESI）、大气压化学电离离子源（APCI）和基质辅助激光解吸/电离离子源（MALDI）等。
其中，电子轰击离子源（EI）是最常用的离子源之一。
在EI离子源中，分子通过电子轰击被离子化。
当高能电子轰击分子时，分子中的化学键被断裂，产生自由基和离子。
自由基和离子随后可以通过碰撞和其他反应形成稳定的离子。
化学电离离子源（CI）则是利用化学反应将分子转化为离子。
在CI离子源中，分子通过与离子化试剂反应而被离子化。
离子化试剂可以是电子供体或电子受体，它们与分子反应后可以形成带正电荷或负电荷的离子。
电喷雾离子源（ESI）则是将液体样品通过高压电场喷雾成微小液滴，然后在液滴表面发生电离。
ESI离子源通常用于分析高分子化合物和生物分子等复杂的样品。
大气压化学电离离子源（APCI）则是在大气压下将分子通过化学反应转化为离子。
在APCI离子源中，分子与离子化试剂反应形成离子和自由基，自由基随后可以与其他分子碰撞形成稳定的离子。
基质辅助激光解吸/电离离子源（MALDI）则是将分子与基质分子结合后，在激光场中解离离子。
MALDI离子源常用于分析生物分子，如蛋白质、肽和DNA等。
离子源介绍
离子源介绍2.1 离子源概述离子源是通过中性原子或分子电离，然后将它们引出并形成离子束流的装置。
它是各种类型的离子加速器、质谱仪、离子推进器、离子束加工设备等仪器中不可缺少的关键部件。
离子源一般分为气体型离子源和固体型离子源。
2.1.1 结构与组成一般离子源的结构如图1.1所示，基本工作原理为：热发射或场致发射的电子在放电室里面被加速，被加速的电子撞击气体分子使之离解、电离，形成等离子体，由引出系统从等离子体中引出离子束。
图2.1 离子源的一般结构2.1.2 离解、电离及复合过程解离是指分子在载能电子的作用下离解成原子；电离是指分子或原子在载能电子的作用下电离形成离子。
我们以氢为例给出一个典型的离解和电离方程：1H + e （离解过程）2H2 + e → 21H + e → H++ 2e （电离过程）++ 2e（分子离子）2H2 + e → H22H+ + e → 2H++ 3e （原子离子)第1页复合过程是指离子捕获电子形成中性原子或分子的过程。
离解、电离及复合是一动态过程，当电离过程与复合过程达到动态平衡，放电就达到了平衡，稳定的等离子体就形成了。
2.1.3 等离子体的密度等离子体的密度是离子源的重要参数。
等离子体的密度越高，引出的离子束流就越强，离子源的性能就越好。
提高等离子体密度的方法，一般是在放电室中加一轴向磁场，其主要作用为：a）使电子做螺旋运动，提高电子与原子的碰撞次数，提高电离几率。
b）使离子受到径向的约束力，减少与放电室内壁碰撞而复合的几率。
2.1.4 离子源引出系统和聚焦系统气体放电，电子与原子、分子的碰撞，用离子轰击阴极材料以及表面电离过程都能够产生离子，然后通过引出系统形成离子束。
离子源的引出系统是离子源的重要结构。
聚焦系统用于调节离子束的发射度、能散度和线性度等等，离子束的各项指标都与引出系统和聚焦系统密切相关。
2.2 离子源的种类根据使用条件和用途的不同，离子源的类型有很多。
离子源介绍
离子源★★★→电子轰击源（EI）离子源的作用是使样品电离为离子，离子源的种类比较多，这里介绍几种常用的。
这是应用最普遍、发展最成熟的一种电离方法。
电子轰击源对样品进行离子化的过程是这样的：首先，将样品气化后送入电离室（要使固体和液体样品气化，采用的是在较短时间内加热到一定的温度的方法）。
然后，在维持较高的真空度(1.3×10Pa)和温度的电离室中，从阴极发射的电子束被加速到一定能量，飞向样品分子。
如果电子的能量大于分子的电离能，分子将失去电子而发生电离（M+e─→M+2e）；如果电子的能量大于分子的电离能，则可以打断分子中的化学键，而产生各种各样的碎片。
☆优点：①易于实现，所得质谱图的再现性好。
②含有较多的碎片离子信息，对于推测结构很有帮助。
以后将要讲到的质谱解析就是基于EI产生的质谱图。
☆缺点：当样品分子稳定性不高时，分子离子峰的强度弱，甚至没有分子离子峰。
当样品不能气化或遇热分解时，则更看不见分子离子峰。
离子源★★★→化学电离源（CI）离子源的作用是使样品电离为离子，离子源的种类比较多，这里介绍几种常用的。
化学电离源的基本结构与电子轰击源相似。
使用时，往离子源中送入反应气和气化的样品，由于反应气分子与样品分子相比是比较多的，所以反应气先被轰击电子电离成离子，然后反应气离子和样品分子发生反应，产生样品离子。
以甲烷反应气为例，部分反应为： CH + e ─→ CH + 2e CH + CH ─→ CH + CH CH + M ─→ CH + MH因此，质谱图上将看到样品的准分子离子峰MH。
化学电离源常用的反应气有CH、N、He、NH。
☆ CI谱的特点：①准分子离子峰的强度高，便于由它推算分子量。
其原因有两点：一是化学电离产生的准分子离子的过剩的能量低，不易再断裂；二是化学电离产生的准分子离子是偶电子离子，较电子轰击产生的分子离子（其为奇电子离子）稳定。
②碎片离子峰少，强度低。
可见，CI谱和EI谱构成较好的互补关系。
ICP工作原理
ICP工作原理ICP（Inductively Coupled Plasma）是一种常用的离子源技术，广泛应用于材料分析、环境监测、食品安全等领域。
本文将详细介绍ICP的工作原理，包括其基本原理、仪器组成和工作过程。
一、基本原理ICP的基本原理是利用高频感应加热的等离子体产生离子源。
其核心部份是等离子体发生器，由高频发生器、感应线圈和载气气体组成。
当高频电源加热感应线圈时，载气气体在感应线圈内形成高温等离子体。
在高温等离子体中，载气气体的原子和份子被电离成为离子，形成离子源。
二、仪器组成ICP仪器主要由以下几个部份组成：1. 等离子体发生器：包括高频发生器、感应线圈和载气气体供应系统。
高频发生器提供高频电源，感应线圈产生高温等离子体，载气气体供应系统提供载气气体。
2. 采样系统：用于将待分析样品引入等离子体中。
采样系统通常包括进样装置、雾化器温和体流动控制装置。
3. 分析系统：用于分析离子源中的离子。
分析系统通常包括光谱仪、检测器和数据处理系统。
三、工作过程ICP的工作过程可以分为样品进样、雾化、电离、分离和检测几个步骤：1. 样品进样：待分析样品通过进样装置进入雾化器。
进样装置可以是自动进样器或者手动进样器，用于控制样品的进入量和进样速度。
2. 雾化：进入雾化器的样品与雾化气体相互作用，形成细小的液滴。
雾化气体通常是氩气，通过控制气体流量和压力可以调节雾化效果。
3. 电离：雾化的样品进入高温等离子体中，受到高温等离子体的电离作用，原子和份子被电离成为离子。
4. 分离：离子在高温等离子体中受到电场力和磁场力的作用，被分离出来。
根据离子的质量和电荷比，可以将其分离出来并定向传输到光谱仪中。
5. 检测：离子进入光谱仪后，通过光谱仪的分析和检测系统进行分析。
光谱仪通常采用光栅光谱仪，可以对离子进行光谱分析，检测器可以将光信号转换为电信号，并通过数据处理系统进行数据分析和处理。
总结：ICP是一种利用高频感应加热的等离子体产生离子源的技术。
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离子源技术
来源:深圳大学薄膜物理与应用研究所发布者:tfpa 发布时间:2010-1-7 9:49:43 浏览次数:667
离子源在我国应用得越来越多。
但相对真空镀膜用户还是比较陌生。
比如有什么不同种类？各种离子源又有何特点。
那些真空镀膜工艺非离子源不可；那些镀膜工艺只是锦上添花；而那些镀膜场合离子源只是点缀。
等等。
希望各位大侠和前辈参加讨论
据说离子源起源于星球大战的美苏竞争。
理论计算表明离子源作空间推进器能量密度大于常规液氢推进器。
美国的研究以美国宇航局的Kaufman教授的栅格式离子源（现在这类离子源仍叫Kaufman离子源）为主，而苏联则以终端霍尔离子源为主。
据说苏联技术优先一些。
总共有几百台离子源在实验室或空间做过实验或试飞行，直到去年欧洲宇航局还在实验离子源推进器。
在离子源推进器实验中，人们发现有推进器材料从离子源飞出，这就开始了离子源在材料，特别是材料表面改性的应用。
离子源的另一个重要应用是高能物理。
具体就是离子加速器。
简单地说就是用一台离子源产生某种材料的离子，这个离子就在磁性环路上加速，从而轰击一个靶，产生新的物质或揭示新的物理规律。
离子源种类较多。
主要有:
kaufman离子源
射频离子源
霍尔离子源
冷阴极离子源
电子回旋离子源
阳极层离子源
感应耦合离子源
可能还有很多其它类型离子源未被提到。
离子源类型虽多，目的却无非在线清洗，改善被镀表面能量分布和调制增加反应气体能量。
离子源可以大大改善膜与基体的结合强度，同时膜本身的硬度与耐磨耐蚀特性也会改善。
若是镀工具耐磨层，一般厚度较大而对膜厚均匀性要求不高，可采用离子电流较大能级也较高的离子源，如霍尔离子源或阳极层离子源。
阳极层离子源，与霍尔离子源原理近似。
在一条环形（长方形或圆形）窄缝中施加强磁场，在阳极作用下使工作气体离子化并在射向工件。
阳极层离子源可以做得很大很长，特别适合镀大工件，如建筑玻璃。
阳极层离子源离子电流也较大。
但其离子流较发散，且能级分布太宽。
一般适用于大型工件，玻璃，磨损，装饰工件。
但应用于高级光学镀膜并不太多。
考夫曼离子源是应用较早的离子源。
属于栅格式离子源。
首先由阴极在离子源内腔产生等离子体，让后由两层或三层阳极栅格将离子从等离子腔体中抽取出来。
这种离子源产生的离子方向性强，离子能量带宽集中，可广泛应用于真空镀膜中。
缺点是阴极（往往是钨丝）在反应气体中很快就烧掉了，另外就是离子流量有极限，对需要大离子流量的用户可能不适和。
霍尔离子源是阳极在一个强轴向磁场的协作下将工艺气体等离子化。
这个轴向磁场的强不平衡性将气体离子分离并形成离子束。
由于轴向磁场的作用太强，霍尔离子源离子束需要补充电子以中和离子流。
常见的中和源就是钨丝（阴极）。
霍尔离子源的特点是：1简单耐用。
2离子电流与气体流量几乎成比例，可获得较大离子电流。
3钨丝一般横跨在出口，收离子束冲击很快会销蚀，尤其对反应气体，一般十几个小时就需更换。
并且钨丝还会有一定的污染。
为解决钨丝的缺点。
有采用较长寿中和器的，如一个小的空心阴极源。
霍尔离子源可以说是应用最广泛的离子源。
高级的如Veece的Mark I 和Mark II 离子源。
适用的如国产的大部分离子源。
如果镀耐磨装饰膜，膜厚大，需要与机体结合力强，而均匀性要求不高。
可用霍尔离子源。
其离子电流大，且离子能级也高。
如果是镀光学膜，则主要要求离子电流能级集中，离子电流均匀性好。
故最好用Kaufman或RF离子源，有条件的可采用ECR（电子回旋）或ICP(感应耦合)离子源。
另外，也要考虑到耗材，如用钨丝的霍尔源在反应气体中十来个小时就烧断了。
而高级离子源如ICP离子源可在反应气体中连续工作几百小时。
镀灯具铝膜。
因为是金属膜，当然是直流磁控溅射好。
速度快。
中频适合镀化合物膜。
如果选离子源，霍尔离子源就够了。
但要注意你的灯具大小。
一般霍尔离子源是圆形，离子源覆盖的面积有限。
你一定要用离子束将工件全部覆盖到。
若普通霍尔离子源太小，可考虑用阳极层离子源。
莱宝APS1104光学镀膜机可以说是目前国内镀膜界的王牌。
这个镀膜机主要是两台电子蒸发源何一台APS离子源组成。
其APS离子源可以说是镀膜机的心脏，其结构十分
独特。
首先它是Kaufman型离子源，但其阴极不是常用的钨丝，而是昂贵的LaB6材料。
另外其磁场不是由永久磁铁产生，而是由电磁线圈产生。
从参数来看，其磁场较弱，功率也不大，但其显著特点是在被镀工件上产生的温度低，其各项参数调得使成膜时热力学平衡好，成膜致密。
可以说目前国内高档光学镀膜全*莱宝机，尽管其价格远远高于其他镀膜厂家。
莱宝APS实在独特，它不用永久磁铁而用电磁铁（电磁铁多要一套真空电路系统）。
结构看起来很“苯”。
但事实上性能却特别好。
莱宝APS镀膜机之所以走俏，APS离子源（或邓离子源）起了很大作用。
离子源难起辉的一个原因是磁场太弱激发不起等离子体。
离子源的种类虽多，但基本上是先产生等离子体，然后从等离子体中抽出气体离子并加速成离子束，让后视需要注入电子中和离子流。
现在国内离子源阴极一般都用钨丝，很简单方便。
但需要定期更换。
尤其是光学镀膜时用氧气，钨丝一般只能用10个小时左右。
另外钨丝烧蚀会污染膜层。